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    開關電源原理與設計串聯式開關電源儲能濾波電感的計算

    鉅大LARGE  |  點擊量:1341次  |  2020年05月13日  

    1-2-3.串聯式開關電源儲能濾波電感的計算從上面分析可知,串聯式開關電源輸出電壓Uo與控制開關的占空比D有關,還與儲能電感L的大小有關,因為儲能電感L決定電流的上升率(di/dt),即輸出電流的大小。因此,正確選擇儲能電感的參數相當重要。


    串聯式開關電源最好工作于臨界持續電流狀態,或持續電流狀態。串聯式開關電源工作于臨界持續電流狀態時,濾波輸出電壓Uo正好是濾波輸入電壓uo的平均值Ua,此時,開關電源輸出電壓的調整率為最好,且輸出電壓Uo的紋波也不大。因此,我們可以從臨界持續電流狀態著手進行分析。我們先看(1-6)式:


    iLm=(Ui-Uo)/L*Ton+i(0)——K關斷前瞬間(1-6)


    當串聯式開關電源工作于臨界持續電流狀態時,即D=0.5時,i(0)=0,iLm=2Io,因此,(1-6)式可以改寫為:


    2Io=Uo/2L*T——K關斷前瞬間(1-12)式中Io為流過負載的電流(平均電流),當D=0.5時,其大小正好等于流過儲能電感L最大電流iLm的二分之一;T為開關電源的工作周期,T正好等于2倍Ton。由此求得:L=Uo/4Io*T——D=0.5時(1-13)或:L>Uo/4Io*T=Ui/2Io*T——D=0.5時(1-14)


    (1-13)和(1-14)式,就是計算串聯式開關電源儲能濾波電感L的公式(D=0.5時)。(1-13)和(1-14)式的計算結果,只給出了計算串聯式開關電源儲能濾波電感L的中間值,或平均值,關于極端情況可以在平均值的計算結果上再乘以一個大于1的系數。假如增大儲能濾波電感L的電感量,濾波輸出電壓Uo將小于濾波輸入電壓uo的平均值Ua,因此,在保證濾波輸出電壓Uo為一定值的情況下,勢必要增大控制開關K的占空比D,以保持輸出電壓Uo的穩定;而控制開關K的占空比D增大,又將會使流過儲能濾波電感L的電流iL不持續的時間縮短,或由電流不持續變成電流持續,從而使輸出電壓Uo的電壓紋波ΔUp-p進一步會減小,輸出電壓更穩定。假如儲能濾波電感L的值小于(1-13)式的值,串聯式開關電源濾波輸出的電壓Uo將大于濾波輸入電壓uo的平均值Ua,在保證濾波輸出電壓Uo為一定值的情況下,勢必要減小控制開關K的占空比D,以保持輸出電壓Uo的值不變;控制開關K的占空比D減小,將會使流過濾波電感L的電流iL出現不持續,從而使輸出電壓Uo的電壓紋波ΔUp-p增大,造成輸出電壓不穩定。由此可知,調整串聯式開關電源濾波輸出電壓Uo的大小,實際上就是同時調整流過濾波電感L和控制開關K占空比D的大小。由圖1-4可以看出:當控制開關K的占空比D小于0.5時,流過濾波電感L的電流iL出現不持續,輸出電流Io小于流過濾波電感L最大電流iLm的二分之一,濾波輸出電壓Uo的電壓紋波ΔUp-p將顯著增大。因此,串聯式開關電源最好不要工作于圖1-4的電流不持續狀態,而最好工作于圖1-3和圖1-5表示的臨界持續電流和持續電流狀態。串聯式開關電源工作于臨界持續電流狀態,輸出電壓Uo等于輸入電壓Ui的二分之一,等于濾波輸入電壓uo的平均值Ua;且輸出電流Io也等于流過濾波電感L最大電流iLm的二分之一。串聯式開關電源工作于持續電流狀態,輸出電壓Uo大于輸入電壓Ui的二分之一,大于濾波輸入電壓uo的平均值Ua;且輸出電流Io也大于流過濾波電感L最大電流iLm的二分之一。


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